绝热的流体流动块的制作方法

绝热的流体流动块
1.本发明涉及绝热的流体流动块、比如阀块、采油树或适合于控制来自完井油井或气井的流体的流动的其他歧管。
2.来自井的油和/或气体的流动部分地使用被称为采油树的阀、阀芯和配件的金属组件来进行控制。采油树安装在井口或完井的顶部上，并且同时其主要功能是控制进入到井中或流出井的流量，采油树还具有许多其他功能，包括设置用于将化学品注入到井中的端口(化学品注入端口)、用于释放井中的压力的减压阀以及用于与监测井中的条件比如压力、温度、流速、流体成分等的传感器的连接件。采油树还设置了在紧急的情况下能够操作以关闭井的阀。
3.采油树具有主通道，该主通道的第一端部连接至生产油管，并且该主通道的第二端部连接至生产出油管线，使得井流体沿着采油树的主通道从生产油管流动至生产出油管线。生产油管悬挂于油管悬挂器，该油管悬挂器可以安装在井口中，如在立式采油树中是典型的，或者安装在采油树的主通道中，如在卧式采油树中已知的。
4.本发明的目的是提供流体流动块、比如阀、采油树或其他歧管的改进构型。
5.根据本发明，我们提供了一种流体流动控制设备，该流体流动控制设备包括具有外表面的本体，并且穿过该本体设置有从本体的外表面的第一部分延伸至本体的外表面的第二部分的通道，该通道具有分别与本体的外表面的第一部分和第二部分相邻的第一端部部分和第二端部部分以及在第一端部与第二端部之间延伸的中间部分，中间部分比第一端部部分和第二端部部分具有更大的横截面面积，设备还包括绝热系统，该绝热系统包括外衬和单独的内衬，外衬和单独的内衬位于通道中以与本体接合，以便衬在通道中并且在本体与沿着通道流动的流体之间提供屏障，外衬在通道的中间部分中与本体接合，并且内衬由外衬部分地封围并且在通道的第一端部部分和第二端部部分处与外衬的内表面和本体接合。
6.在流体控制设备中的通道被来自井孔的流体供应的情况下(例如，因为流体流动设备是采油树)，进入设备的通道的井流体可以处于相对较高的温度，并且可能将组件加热直至这样的程度、即与设备相关联的任何传感器或液压器材、电气器材和光纤器材必须被额定为在处于井流动温度或接近井流动温度的温度下进行操作。这可能是具有挑战性的，特别是在采油树与油管悬挂器之间的电耦合器和光纤耦合器方面是具有挑战性的。流体流动设备的这种热损失还将导致井流体的温度下降，并且这可能促使流体控制设备中的不期望的蜡或水合物的形成。
7.通过给主通道的一个或更多个部分设置隔热衬里，可以降低组件中的热敏电部件、光纤部件或液压部件暴露的温度并且可以减少井流体的冷却。
8.外衬和内衬有利地由绝热材料制成，绝热材料比制造本体的材料具有更低的热导率。例如，本体由金属制成，并且衬里由聚合物、比如聚醚醚酮(peek)制成。
9.外衬有利地被纵向地分成三个或更多个部分，所述三个或更多个部分在放在一起时形成管。
10.设备还可以包括连接器，该连接器设置有流体流动通道，并且该连接器固定至本
体的外表面的第一部分，使得本体中的通道与连接器中的通道对准，连接器中的通道定尺寸和/或定形状成使得连接器的一部分在通道的第一端部处悬于本体的边缘上方。
11.设备还可以包括第二连接器，该第二连接器设置有流体流动通道，并且该第二连接器固定至本体的外表面的第二部分，使得本体中的通道与第二连接器中的通道对准，第二连接器中的通道定尺寸和/或定形状成使得第二连接器的一部分在通道的第二端部处悬于本体的边缘上方。
12.本体以及连接器或连接器中的一个连接器或两个连接器中的通道可以例如是大致筒形的，连接器中的通道的直径小于本体中的通道的直径。
13.借助于该布置，内衬的端部中的一个端部或两个端部与连接器中的一个连接器或两个连接器的接合可以限制内衬在通道内部的运动，而不需要提供用以将内衬固定至本体的装置。
14.流体流动设备可包括阀块、采油树或阀歧管。
15.本体的外表面的第一部分可以大致平行于本体的外表面的第二部分。在这种情况下，本体中的通道可以是基本上直的。
16.替代性地，本体的外表面的第一部分可以相对于本体的外表面的第二部分成角度。在这种情况下，本体中的通道可以不是直的，其具有包括其第一端部的第一部分和包括其第二端部的第二部分。例如，本体中的通道可以是大致l形形状的，第一部分大致垂直于第二部分延伸。
17.在这种情况下，通道的中间部分可以包括从通道的第一端部部分延伸的第一中间部分和从通道的第二端部部分延伸的第二中间部分，绝热系统包括第一外衬和第一内衬，第一外衬和第一内衬位于通道的第一部分中以与本体接合，以便给通道加衬，并且在本体与沿着通道的第一部分流动的流体之间提供屏障，第一外衬在通道的第一中间部分中与本体接合，并且第一内衬由第一外衬部分地封围并且在通道的第一端部处与第一外衬的内表面和本体接合，绝热系统还包括第二外衬和第二内衬，第二外衬和第二内衬位于通道的第二部分中以与本体接合，以便给通道加衬，并且在本体与沿着通道的第二部分流动的流体之间提供屏障，第二外衬在通道的第二中间部分中与本体接合，并且第二内衬由第二外衬部分地封围，并且在通道的第二端部处与第二外衬的内表面和本体接合。
18.第一外衬和第一内衬可以设置有孔口，孔口被定位成彼此对准并且与位于通道的第一中间部分与第二中间部分之间的相交部对准，并且第二内衬构造成使得第二内衬延伸穿过这些孔口。
19.现在将仅通过示例的方式并参照附图描述本发明的实施方式，在附图中，
20.图1示出了通过根据本发明的流体流动设备的第一实施方式的横截面的示意图，
21.图2示出了通过根据本发明的流体流动设备的第二实施方式的横截面的示意图，
22.图3示出了图2中所图示的流体流动设备的分解图的示意图，以及
23.图4示出了根据本发明的采油树的示意图。
24.现在参照图1，示出了流体流动设备10的第一实施方式，该流体流动设备包括具有外表面的本体12，并且穿过该本体12设置有从本体12的外表面的第一部分16延伸至本体12的外表面的第二部分18的通道14。通道14具有分别邻近于本体12的外表面的第一部分16和第二部分18的第一端部14a和第二端部14b以及在第一端部部分14a与第二端部部分14b之
间延伸的中间部分14c，中间部分14c比第一端部部分14a和第二端部部分14b具有更大的横截面面积。
25.在该实施方式中，本体12的外表面的第一部分16平行于本体12的外表面的第二部分18，并且通道14是直的。
26.此外，在该实施方式中，通道14是大致筒形的、即具有大致圆形的横向横截面。然而，将理解的是，情况不一定如此。通道14可以例如具有椭圆形、正方形或矩形的横向横截面。
27.设备10还包括绝热系统，该绝热系统包括外衬20和单独的内衬22，外衬20和单独的内衬22位于通道14中以与本体12接合，以便给通道14加衬，并且在本体12与沿着通道14流动的流体之间提供屏障。外衬20在通道14的中间部分14c中与本体12接合。内衬22由外衬20部分地封围，并且在通道14的第一端部部分14a和第二端部部分14b处与外衬20的内表面和本体12接合。
28.外衬20和内衬22由绝热材料制成，绝热材料比制造本体12的材料具有更低的热导率。本体可以是金属的——由不锈钢或超合金、比如说例如inconel
tm
制成，并且衬里20、22可以由聚合物、玻璃或陶瓷制成。例如，衬里20、22可以由聚醚醚酮(peek)制成。
29.如以上所提及的，在该实施方式中，通道14是大致筒形的，通道14的中间部分14c比第一端部部分14a和第二端部部分14b具有更大的直径。因此，内衬20和外衬22是具有外径和内径的筒形管。将理解的是，为了在通道14的中间部分14c处与本体12接合，外衬20的外径必须大于通道14的第一端部部分14a和第二端部部分14b的直径。因此，如果外衬20由柔性弹性材料制成，则可以沿径向向内方向压缩外衬20，以便将外衬20插入到通道14的中间部分14c中，并且然后，当外衬20正确地位于中间部分14c中时，允许外衬20膨胀以与本体12接合。如果外衬20由比如peek之类的刚性材料的单件制成，则不可以通过简单地使外衬20滑动到通道14中来组装流体流动设备。因此，在该实施方式中，外衬20被纵向地分成三个或更多个部分，所述三个或更多个部分当放在一起时形成筒形管。因此，外衬20的各部分可以单独地安置在通道14的中间部分14c中，并且就地组装以形成所需的管状衬里20。
30.然后，内衬22可以滑动到通道14中、进入由外衬20封围的空间中，使得外衬20被卡在本体12与内衬22的外表面之间，并且保持处于其管状构型而不需要粘合剂或任何其他紧固装置。
31.为了将内衬22保持在该位置，在该实施方式中，设备10还包括第一连接器24，该第一连接器24设置成具有流体流动通道26，并且该第一连接器24固定至本体12的外表面的第一部分16，使得本体12中的通道14与连接器24中的通道26对准。连接器24中的通道26定尺寸和定形状成使得连接器24的一部分在通道14的第一端部14a处悬于本体12的边缘上方。
32.在该实施方式中，第一连接器24中的通道26是筒形的，并且具有比本体12中的通道14的第一端部部分14a的直径稍小并且基本上与内衬22的内径相同的直径。
33.设备10还包括第二连接器28，该第二连接器28设置成具有流体流动通道30，并且该第二连接器28固定至本体12的外表面的第二部分18，使得本体12中的通道14与第二连接器28中的通道30对准。与第一连接器24一样，第二连接器28中的通道30定尺寸和定形状成使得第二连接器28的一部分在通道14的第二端部部分14b处悬于本体12的边缘上方。
34.在该实施方式中，第二连接器28中的通道30是筒形的，并且具有比本体12中的通
道14的第二端部部分14b的直径稍小并且基本上与内衬22的内径相同的直径。
35.借助于该布置，内衬22被卡在两个连接器24、28之间，并且内衬22的端部与连接器24、28的接合限制了内衬22在通道14内部的运动，而不需要提供用以将内衬22固定至本体12的装置。
36.连接器24、28中的一个连接器或两个连接器可以是分立式连接器，或者可以是更大或更复杂的部件、比如流量阀芯、油管悬挂器、采油树、歧管等的连接器部分。连接器24、28可以通过比如螺纹或螺栓凸缘连接件之类的任何常规装置固定至本体12。
37.如以上所提及的，在图1中所图示的实施方式中，本体12的外表面的第一部分16大致平行于本体12的外表面的第二部分18。因此，本体12中的通道14是基本上直的。然而，情况不必如此，并且在图2和图3中图示了根据本发明的流体流动设备10’的第二实施方式，在该流体流动设备中，本体12’的外表面的第一部分16’大致垂直于第二部分18’，并且流体流动通道14’大致是l形形状的。因此，通道14’的中间部分包括从通道14的第一端部部分14a’延伸的第一中间部分14c’和从通道14’的第二端部部分14b’延伸的第二中间部分14d’，第一中间部分14c’和第二中间部分14d’大致彼此垂直，如图2和图3所图示的。
38.如在以上关于图1所描述的实施方式中，中间部分14c’、14d’比第一端部部分14a’和第二端部部分14b’具有更大的横截面面积。此外，在该实施方式中，通道14’的所有部分具有大致圆形的横向横截面。
39.在该实施方式中，存在两个管状外衬20a和20b，第一外衬20a衬在通道14’的第一中间部分14c’上，并且第二外衬20b衬在通道14’的第二中间部分14d’上。还存在两个内衬22a、22b，由第一外衬20a封围的第一内衬22a和由第二外衬20b封围的第二内衬22b。
40.同样，内衬22a、22c和外衬20a、20b都由绝热材料制成，这些绝热材料比制造本体12’的材料具有更低的热导率。本体12’可以是金属的——由不锈钢或超合金、比如inconel
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制成，并且衬里20a、20b、22a、22b可以由聚合物、玻璃或陶瓷制成。衬里20a、22a、20b、22b可以由例如聚醚醚酮(peek)制成。
41.同样，内衬22a、22c和外衬20a、20b是筒形管，并且在该实施方式中，外衬20a、20b纵向地分成四个部分，如图3中所图示的。为了组装流体流动设备10’，第一外衬20a的各部分经由通道14’的第一端部部分14a’插入到通道14’的第一中间部分14c’中，并且然后就地组装以形成通道14的第一中间部分14c’的管状衬里。然后，第一内衬22a滑动到通道14’的第一端部部分14a’中，使得第一外衬20a被卡在本体12’与第一内衬22a的外表面之间，并且保持处于其管状构型而不需要粘合剂或任何其他紧固装置。
42.第二外衬20b也可以以相同的方式但是经由通道14’的第二端部部分14b’插入到通道14’中，接着是第二内衬22b插入到通道14’中。
43.第一内衬22a可以呈管的形式，该管在一个端部处借助于基部23封闭。如图2中所图示的，当第一内衬22a插入到通道14’中时，首先插入具有基部23的端部，使得基部23在通道14’的第一中间部分14c’的内端部处为通道14’提供衬里。
44.在该实施方式中，通常在第一外衬20a和第一内衬22a中存在圆形孔口32、34，当衬里20a、20a插入通道14’中时，圆形孔口32、34被定位成彼此对准，并且与位于通道14’的第一中间部分14c’和第二中间部分14d’之间的相交部对准。第二内衬22b构造成使得当其插入到通道14’中时，第二内衬22b的第一端部延伸穿过这些孔口32、34。因此，第二内衬22b用
于将第一内衬22a和第一外衬20a保持在通道14’中。第二内衬22b的该端部定形状成使得该端部不延伸到由第一内衬22a封围的通道中，并且因此不阻碍流体沿着通道14’的流动。
45.第二内衬22b可以通过连接器(未示出)与本体12’的外表面18’的第二部分的接合而保持在通道14’中，正如以上关于图1所描述的。连接器也可以固定至本体12’的外表面的第一部分16’以连接至通道14’的第一端部部分14a’，但是将理解的是，不需要这种连接器来将第一内衬22a保持在通道14’中。
46.在以上图1中所图示的本发明的实施方式中，外衬20的内径与通道的第一端部部分14a和第二端部部分14b的直径基本上相同。图2和图3中所图示的实施方式的第一外衬20a也是这种情况——该第一外衬20a与通道14’的第一端部部分14a’具有相同的内径。然而，第二外衬20b的内径略小于第二端部部分14的直径。因此，第二内衬22b在其第二端部处具有略微增厚的部分，在略微增厚的部分中，其外径略大于内衬22b的其余部分的外径。因此，该增厚部分与第二外衬20b的端部的接合防止第二内衬22b被推入到通道14中太远而使得其侵占由第一内衬22a封闭的空间且阻止沿着通道14’的流体流动。
47.流体流动设备可以包括阀块、采油树或阀歧管。图4中示意性地图示了在采油树中实现的本发明的示例。图4示出了安装在井口120上的采油树100。井口120具有主通道140，并且油管悬挂器160在井口120的上端部处安装在主通道140中。生产油管170悬挂于油管悬挂器160，并且向下延伸到井口120设置在其上的井孔(未示出)中。油管悬挂器160具有主体180，主体180封围主通道200，主通道200提供用于使流体从井口120流动到采油树100中的导管。
48.采油树100具有本体12”，本体12”在其最下端部处固定至井口120并且封围通道14”，连接至油管悬挂器160中的主通道200的第一端部14a”和经由连接器262连接至生产出油管线260的第二端部14b”。在该实施方式中，采油树100是立式采油树，并且通道14”包括第一中间部分14c’和第二中间部分14d”，该第一中间部分14c’从通道14”的第一端部14a”大致平行于生产油管170延伸，该第二中间部分14d”大致垂直于第一中间部分14c”延伸至通道14”的第二端部部分14b”。本发明同样可以应用于卧式采油树，其中，油管悬挂器160位于采油树100内而不是位于井口120内。
49.热绝缘衬里20a’、22a’、20b’、22b’设置成衬在采油树100中的通道14’，正如以上关于图2和图3所描述的。同样，第一外衬20a’和第一内衬22a’首先插入，并且由第二内衬22b’保持就位。连接器262将第二内衬22b’保持就位，如以上关于图1、图2和图3所描述的，生产出油管线260借助于该连接器262固定至采油树100。
50.在流体控制设备10、10’、100’中的通道14、14’、14”被来自井孔的流体供应的情况下(例如，因为流体流动设备是如图4中所图示的采油树的一部分)，进入设备10、10’、100的通道14、14’、14”的井流体可以处于相对较高的温度。
51.相反，例如，如果压降在挥发性液体进入流体流动设备10、10’、100时或之前导致挥发性液体蒸发，则流入到流体流动设备10、10’、100中的流体可以是冷的。
52.借助于其低的热导率，衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’可以减少井流体与流体流动设备10、10’、100之间的热传递。
53.这种热传递因为两个原因而是不期望的。首先，热传递可能使与流体流动设备10、10’、100相关联的电、光纤或液压部件暴露于它们不被设计成承受的温度，并且因此，可能
导致这些部件发生故障或不可修复地损坏，或者所述高温暴露可能由于材料的热退化而导致有限的寿命。
54.其次，如果井流体的温度由于至流体流动设备10、10’、100的热传递而下降太多，则这可能导致与井流体的可加工性相关的问题。例如，井流体沿着生产出油管线260的流动可能由于井流体在其冷却时粘度的增加而受到影响，或者在井流体是天然气或包含天然气的情况下，温度下降可能导致气体中的水蒸气的冷凝和水合物的形成，这可能堵塞或阻塞通道14、14’、14”或生产出油管线260。衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’可以减少在采油树100或生产出油管线260上提供外部绝热以将井流体保持在期望温度范围内的需要。
55.通过提供内衬22、22a、22b、22a’、22b’和外衬20、20a、20b、20a’、20b’并且将外衬20、20a、20b、20a’、20b’定位在通道14、14’、14”的放大的中间部分中，可以提供所需的绝热厚度，以实现本体12、12’、12”与沿通道14、14’、14”流动的流体之间的热传递的期望减少，而不必显著地增加通道14、14’、14”的直径(这可能使得其不可能使用通常用于连接至这种流体流动设备10、10’、100的标准连接器)或者显著地减小通道14，14’，14”的可用于使流体沿着通道14、14’、14”流动的横截面面积。例如，在流体流动设备是采油树100的一部分的情况下，并且衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’由peek制成的情况下，已经发现可能需要10mm厚的绝热件。
56.通道14、14’的第一端部14a、14a’和第二端部14b、14b’优选地定尺寸成使得它们仅略大于传统的等效流体流动设备中的通道的端部(因此可以使用普通的连接器)，并且内衬22、22a、22b、22a’、22b’相对较薄，使得可用于使流体沿着通道14、14’、14’流动的横截面面积不会减小至任何显著的程度。外衬20、20a、20、20a’、20b’在通道14、14’、14”的大部分长度上提供所需程度的绝热厚度。
57.借助于上述布置，不需要提供用于将衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’固定在流体流动设备10、10’、100的本体12、12’、12”中的任何另外的装置。衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’构造成以尽可能紧密的配合与本体12、12’、12’接合。然而，将理解的是，实际上不可能确保在通道14、14’的整个长度上完全接触，并且在衬里20、22、20a、20b、22a、22b与本体12、12’、12”之间的某些地方可能存在小的间隙。在使用中，沿着通道14、14’、14’流动的流体可能泄漏到衬里与本体12、12’、12”之间的空间中并且潜在地导致本体12、12’、12”的腐蚀。
58.为了解决这个问题，可以在衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’是冷的时插入衬里，并且使得衬里在于通道14、14’、14”中就位时膨胀。附加地或替代性地，在插入衬里20、22、20a、22a、20b、22b、20a’、22a’、20b’、22b’之前，可以在通道14、14’、14”内部向本体12、12’、12”施加粘性密封流体、比如粘合剂或比如环氧树脂之类的树脂，使得密封流体填充任何这样的间隙并且防止沿着通道14、14’、14”流动的流体进入到这些间隙中。